DE102013009877A1

DE102013009877A1 - Method and device for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine

Info

Publication number: DE102013009877A1
Application number: DE102013009877.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Hess; Silas Klug; Ralf Schmidt; Rainer Willig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Weidmueller Monitoring Systems GmbH
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Es wird ein Verfahren (700) zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes (104) einer Windkraftanlage (100) vorgestellt, wobei im Rotorblatt (104) ein Drehratensensor (116) angeordnet ist. Das Verfahren (700) umfasst einen Schritt des Einlesens (710) eines ersten Drehratensignals (422) und einen Schritt des Bestimmen (720) des Biegewinkels (φB) des Rotorblattes (104) der Windkraftanlage (104) unter Verwendung des ersten Drehratensignals (422), um die Belastung des Rotorblatts (104) zu bewerten. Das erste Drehratensignal (422) repräsentiert eine von dem Drehratensensor (116) bereitgestellte Information über eine Drehrate in Längsrichtung (z1) des Rotorblatts (104.A method (700) for load evaluation of a rotor blade (104) of a wind power plant (100) is presented, a rotation rate sensor (116) being arranged in the rotor blade (104). The method (700) comprises a step of reading in (710) a first rotation rate signal (422) and a step of determining (720) the bending angle (φB) of the rotor blade (104) of the wind turbine (104) using the first rotation rate signal (422) to evaluate the load on the rotor blade (104). The first rotation rate signal (422) represents information provided by the rotation rate sensor (116) about a rotation rate in the longitudinal direction (z1) of the rotor blade (104.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage, auf eine entsprechende Vorrichtung zum Bewerten einer Belastung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, auf ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage sowie auf eine entsprechende Windkraftanlage.The present invention relates to a method for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine, to a corresponding device for evaluating a load of a rotor blade of a wind turbine, to a rotor blade for a wind turbine and to a corresponding wind turbine.

Bei einer Windkraftanlage oder Windenergieanlage ist ein Rotor an einer Gondel befestigt. Die Gondel kann gedreht werden, um den Rotor entsprechend der Windrichtung auszurichten. Windkraftanlagen werden auf einen maximalen Ertrag aus der Windkraft gesteuert. Dabei können hohe Belastungen der Komponenten auftreten, sodass es zu Verschleißschäden kommen kann, die nicht immer rechtzeitig erkannt werden können. In der Folge kann es zu Ausfällen kommen, die insbesondere bei Anlagen auf dem Meer zu extrem hohen Reparaturkosten führen können.In a wind turbine or wind turbine, a rotor is attached to a nacelle. The nacelle can be rotated to align the rotor according to the wind direction. Wind turbines are controlled for a maximum yield from wind power. This can cause high loads on the components, which can lead to wear and tear that can not always be detected in good time. As a result, it can lead to failures that can lead to extremely high repair costs, especially in marine installations.

Das Gesamtsystem Windkraftanlage ist besonders schwingungsempfindlich. Diese Schwingungen werden insbesondere durch turbulente Windfelder und die Wandlung der Windenergie in Rotationsenergie an den Rotorblättern verursacht. Die Kenntnis der Windlast an einem Rotorblatt ist für die Regelung einer Windkraftanlage enorm wichtig.The entire wind turbine system is particularly susceptible to vibrations. These vibrations are caused in particular by turbulent wind fields and the conversion of wind energy into rotational energy at the rotor blades. The knowledge of the wind load on a rotor blade is enormously important for the regulation of a wind turbine.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2010 032 120 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Biegewinkels eines Rotorblattes einer Windkraftanlage beschrieben. Hierbei wird zumindest ein Beschleunigungssensor eingesetzt.In the published patent application DE 10 2010 032 120 A1 a method and an apparatus for determining a bending angle of a rotor blade of a wind turbine is described. In this case, at least one acceleration sensor is used.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen. Die Belastungsbewertung kann als Regelparameter einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt werden.It is the object of the present invention to provide an improved method for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine and a corresponding device. The load rating can be made available as a control parameter of a wind turbine.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage, eine entsprechende Vorrichtung zum Bewerten einer Belastung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage, sowie eine entsprechende Windkraftanlage gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine, a corresponding device for evaluating a load of a rotor blade of a wind turbine, a rotor blade for a wind turbine, and a corresponding wind turbine according to the main claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass als Repräsentant der Rotorblattbelastung die geometrische Größe Biegewinkel in Schlagrichtung des Rotorblatts verwendet werden kann. Dabei kann unter dem Biegewinkel in Schlagrichtung eine Durchbiegung des Rotorblatts über die flache und damit weiche Seite verstanden werden. Der Biegewinkel in Schlagrichtung kann über ein Signalübersprechen zwischen verschiedenen Messachsen zumindest eines Drehratensensors bestimmt werden. Da dies über geometrische Beziehungen bestimmt werden kann, ist eine Integration eines gemessenen Signals nicht erforderlich.The present invention is based on the finding that the geometrical variable bending angle in the direction of impact of the rotor blade can be used as a representative of the rotor blade loading. It can be understood by the bending angle in the direction of impact a deflection of the rotor blade on the flat and thus soft side. The bending angle in the direction of impact can be determined via a signal crosstalk between different measuring axes of at least one rotation rate sensor. Since this can be determined by geometric relationships, integration of a measured signal is not required.

Vorteilhafterweise kann eine Durchbiegung des Rotorblatts in Schlagrichtung – über die weiche, flächige Seite des Rotorblattes – erfasst werden. Durch das Bestimmen eines Biegewinkel des Rotorblatts unter Verwendung zumindest eines Signals eines Drehratensensors kann die Belastung des Rotorblatts bewertet werden. So kann optional der Biegewinkel als Regelgröße zur Regelung einer Schlagbiegung auf eine vertretbare Sollgröße verwendet werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Lebensdauer der Windkraftanlage, insbesondere der Rotorblätter der Windkraftanlage, verlängert werden. In einer optionalen Ausführungsform kann ein weiteres Signal zu dem Signal des Drehratensensors in ein Verhältnis gesetzt werden.Advantageously, a deflection of the rotor blade in the impact direction - over the soft, flat side of the rotor blade - are detected. By determining a bending angle of the rotor blade using at least one signal of a rotation rate sensor, the load of the rotor blade can be evaluated. Thus, optionally, the bending angle can be used as a controlled variable for controlling a deflection to a reasonable target size. Advantageously, thereby a life of the wind turbine, in particular the rotor blades of the wind turbine, be extended. In an optional embodiment, another signal may be related to the yaw rate sensor signal.

Ein Verfahren zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage, wobei in dem Rotorblatt ein Drehratensensor angeordnet ist, umfasst die folgenden Schritte:
Einlesen eines ersten Drehratensignals, wobei das erste Drehratensignal eine von dem Drehratensensor bereitgestellte Information über eine Drehrate in Längsrichtung des Rotorblatts repräsentiert; und
Bestimmen des Biegewinkels des Rotorblattes der Windkraftanlage unter Verwendung des ersten Drehratensignals, um die Belastung des Rotorblatts zu bewerten.A method for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine, wherein a rotation rate sensor is arranged in the rotor blade, comprises the following steps:
Reading a first rotation rate signal, wherein the first rotation rate signal represents an information provided by the rotation rate sensor information about a rotation rate in the longitudinal direction of the rotor blade; and
Determining the bending angle of the rotor blade of the wind turbine using the first rotation rate signal to assess the load of the rotor blade.

Die Windkraftanlage kann einen Rotor aufweisen, durch dessen Drehung ein Generator angetrieben werden kann. Der Rotor kann zumindest ein Rotorblatt aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Rotor zumindest zwei Rotorblätter aufweisen. Das zumindest eine Rotorblatt kann über eine Rotorwelle mit dem Generator verbunden sein. Das zumindest eine Rotorblatt und die Rotorwelle können zusammen den Rotor bilden. An zumindest einem Rotorblatt des Rotors ist ein Drehratensensor angeordnet. Der Drehratensensor kann ein erstes Drehratensignal bereitstellen. Dabei repräsentiert das erste Drehratensignal eine von dem Drehratensensor bereitgestellte Information über eine Drehrate in Längsrichtung des Rotorblatts. Unter der Längsrichtung des Rotorblatts kann eine Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts verstanden werden. Unter einer Drehrate in Längsrichtung kann eine Drehrate um eine entlang der Längsrichtung ausgerichtete Längsachse verstanden werden. Die Längsachse kann aufgrund einer Durchbiegung des Rotorblatts eine Richtungsänderung erfahren.The wind turbine can have a rotor, by the rotation of which a generator can be driven. The rotor may have at least one rotor blade. In one embodiment, the rotor may comprise at least two rotor blades. The at least one rotor blade can be connected to the generator via a rotor shaft. The at least one rotor blade and the rotor shaft can together form the rotor. At least one rotor blade of the rotor, a rotation rate sensor is arranged. The yaw rate sensor may provide a first yaw rate signal. In this case, the first rotation rate signal represents information provided by the rotation rate sensor about a rotation rate in the longitudinal direction of the rotor blade. The longitudinal direction of the rotor blade can be understood as meaning a main direction of extension of the rotor blade. A rate of rotation in the longitudinal direction can be understood as a rate of rotation about a longitudinal axis aligned along the longitudinal direction. The longitudinal axis can undergo a change in direction due to a deflection of the rotor blade.

Im Schritt des Einlesens kann ein weiteres Signal eingelesen werden. Das weitere Signal kann eine Information über eine Drehrate in Schlagrichtung des Rotorblatts repräsentieren. Wenn im Schritt des Einlesens ein weiteres Signal eingelesen wird, kann im Schritt des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des weiteren Signals bestimmt werden. Unter der Schlagrichtung des Rotorblatts kann eine Richtung verstanden werden, die senkrecht zu der Längsrichtung des Rotorblatts steht. Dabei kann die Schlagrichtung senkrecht auf einer Umlaufebene des Rotorblatts stehen. Zur Belastungsbewertung des Rotorblatts können das erste Drehratensignal und das weitere Signal in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. In the step of reading in another signal can be read. The further signal may represent information about a rate of rotation in the direction of impact of the rotor blade. If a further signal is read in in the step of reading in, in the step of determining the bending angle can also be determined using the further signal. The direction of impact of the rotor blade can be understood to mean a direction which is perpendicular to the longitudinal direction of the rotor blade. The direction of impact can be perpendicular to a plane of rotation of the rotor blade. For load evaluation of the rotor blade, the first rotation rate signal and the further signal can be set in relation to each other.

Im Schritt des Einlesens kann ein zusätzliches Signal eingelesen werden. Das zusätzliche Signal kann eine Information über eine Drehzahl des Rotorblatts repräsentieren. Wenn im Schritt des Einlesens ein zusätzliches Signal eingelesen wird, kann im Schritt des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des zusätzlichen Signals bestimmt werden. Unter einer Drehzahl des Rotorblatts kann eine Rotordrehzahl verstanden werden. Zur Belastungsbewertung des Rotorblatts können das erste Drehratensignal und das zusätzliche Signal in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. Das zusätzliche Signal kann von einem Drehratensensor, der auf der Nabe des Rotors angeordnet ist oder alternativ auf dem Rotorblatt im Bereich der Nabe des Rotors angeordnet ist, bereitgestellt werden. Das zusätzliche Signal kann eine Rotordrehzahl repräsentieren. Die Rotordrehzahl beziehungsweise die Drehzahl des Rotorblatts kann durch einen Drehratensensor in der Nabe des Rotors der Windkraftanlage bestimmt werden.In the step of reading an additional signal can be read. The additional signal may represent information about a rotational speed of the rotor blade. If an additional signal is read in in the step of reading in, in the step of determining the bending angle can be further determined using the additional signal. A speed of the rotor blade can be understood as a rotor speed. For load evaluation of the rotor blade, the first rotation rate signal and the additional signal can be set in relation to each other. The additional signal may be provided by a yaw rate sensor disposed on the hub of the rotor, or alternatively disposed on the rotor blade in the region of the hub of the rotor. The additional signal may represent a rotor speed. The rotor speed or the rotational speed of the rotor blade can be determined by a yaw rate sensor in the hub of the rotor of the wind turbine.

In einem Schritt des Vorverarbeitens kann ein Signalanteil einer Turmkopfbewegung durch Korrelation und alternativ oder ergänzend durch Filtern zumindest des ersten Drehratensignals aus dem ersten Drehratensignal eliminiert werden. Der Schritt des Vorverarbeitens kann vor dem Schritt des Bestimmens ausgeführt werden. Wenn im Schritt des Einlesens ein zusätzliches Signal eingelesen wird, kann im Schritt des Vorverarbeitens ein Signalanteil der Turmkopfbewegung durch Korrelation und alternativ oder ergänzend durch Filtern des ersten Drehratensignals und gleichzeitig oder alternativ des zusätzlichen Signals aus dem ersten Drehratensignal und gleichzeitig oder alternativ dem zusätzlichen Signal eliminiert werden. Wenn in einer Ausführungsform im Schritt des Einlesens ein weiteres Signal eingelesen wird, kann im Schritt des Vorverarbeitens ein Signalanteil der Turmkopfbewegung durch Korrelation und alternativ oder ergänzend Filtern des ersten Drehratensignals und gleichzeitig oder alternativ des weiteren Signals aus dem ersten Drehratensignal und ersatzweise oder ergänzend dem weiteren Signal eliminiert werden. Sollte im Schritt des Einlesens neben dem ersten Drehratensignal ein weiteres Signal sowie ein zusätzliches Signal eingelesen werden, so können im Schritt des Vorverarbeitens die drei Signale korreliert und gleichzeitig oder alternativ gefiltert werden.In a step of preprocessing, a signal component of a tower head movement can be eliminated by correlation and, alternatively or additionally, by filtering at least the first rotation rate signal from the first rotation rate signal. The pre-processing step may be performed prior to the determining step. If an additional signal is read in the step of read-in, a signal portion of the tower head movement can be eliminated by correlation and alternatively or additionally by filtering the first rotation rate signal and simultaneously or alternatively the additional signal from the first rotation rate signal and simultaneously or alternatively the additional signal become. If, in one embodiment, a further signal is read in the step of reading in, in the step of preprocessing a signal component of the tower head movement by correlation and alternatively or additionally filtering the first rotation rate signal and simultaneously or alternatively the further signal from the first rotation rate signal and alternatively or additionally the other Signal are eliminated. If, in the step of reading in addition to the first rotation rate signal, a further signal and an additional signal are read, so in the step of pre-processing, the three signals can be correlated and filtered simultaneously or alternatively.

Im Schritt des Einlesens kann ein zweites Drehratensignal eingelesen werden. Das zweite Drehratensignal kann eine Information über eine Drehrate in Schwenkrichtung des Rotorblattes repräsentieren. Dabei kann die Schwenkrichtung senkrecht auf der Schlagrichtung und senkrecht auf der Längsrichtung des Rotorblatts stehen. So kann die Schwenkrichtung in einer Umlaufebene des Rotorblatts verlaufen. Wenn im Schritt des Einlesens ein zweites Drehratensignal eingelesen wird, kann im Schritt des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des zweiten Drehratensignals bestimmt werden. Wenn im Schritt des Einlesens ein zweites Drehratensignal eingelesen wird, kann nach dem Schritt des Bestimmens ein Schritt des Validierens ausgeführt werden. Im Schritt des Validierens kann der Biegewinkel unter Verwendung des zweiten Drehratensignals validiert werden.In the step of reading a second rotation rate signal can be read. The second rotation rate signal may represent information about a rotation rate in the pivoting direction of the rotor blade. In this case, the pivoting direction can be perpendicular to the direction of impact and perpendicular to the longitudinal direction of the rotor blade. Thus, the pivoting direction can run in a circumferential plane of the rotor blade. If a second rotation rate signal is read in in the step of reading in, then in the step of determining the bending angle can also be determined using the second rotation rate signal. If a second rotation rate signal is read in in the step of reading in, a step of validating may be performed after the step of determining. In the validation step, the bend angle can be validated using the second rotation rate signal.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage. Dabei ist in dem Rotorblatt ein Drehratensensor angeordnet. Die Vorrichtung zum Bewerten der Belastung des Rotorblatts weist die folgenden Merkmale auf:
eine Einrichtung zum Einlesen eines ersten Drehratensignals, wobei das erste Drehratensignal eine von dem Drehratensensor bereitgestellte Information über eine Drehrate in Längsrichtung des Rotorblatts repräsentiert; und
eine Einrichtung zum Bestimmen des Biegewinkels des Rotorblattes der Windkraftanlage unter Verwendung des ersten Drehratensignals, um die Belastung des Rotorblatts zu bewerten.The present invention provides a device for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine. In this case, a rotation rate sensor is arranged in the rotor blade. The device for evaluating the load of the rotor blade has the following features:
a device for reading in a first rotation rate signal, wherein the first rotation rate signal represents an information provided by the rotation rate sensor information about a rotation rate in the longitudinal direction of the rotor blade; and
means for determining the bending angle of the rotor blade of the wind turbine using the first yaw rate signal to evaluate the load on the rotor blade.

Die Vorrichtung zur Belastungsbewertung eines Rotorblattes ist ausgebildet, um die Schritte einer Ausführungsform eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Unter einer Belastungsbewertung eines Rotorblattes kann ein Bewerten einer Belastung eines Rotorblatts verstanden werden. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The device for load evaluation of a rotor blade is designed to carry out or implement the steps of an embodiment of a method presented here in corresponding devices. A load evaluation of a rotor blade can be understood as an evaluation of a load on a rotor blade. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. At a For example, in terms of hardware, the interfaces may be part of a so-called system ASIC, which includes various functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Die Einrichtung zum Einlesen kann ausgebildet sein, neben dem ersten Drehratensignal ein weiteres Signal einzulesen. Dabei kann das erste Drehratensignal eine von dem Drehratensensor bereitgestellte Information über eine Drehrate in Längsrichtung des Rotorblatts repräsentieren. Das weitere Signal kann eine von einem Drehratensensor bereitgestellte Information über eine Drehrate in Schlagrichtung des Rotorblatts repräsentieren. Dabei kann das erste Drehratensignal und das weitere Signal über einen zweiachsigen Drehratensensor erfasst und bereitgestellt werden. Die Einrichtung zum Bestimmen des Biegewinkels des Rotorblattes der Windkraftanlage kann den Biegewinkel unter Verwendung des ersten Drehratensignals und des weiteres Signals bestimmen, um die Belastung des Rotorblatts zu bewerten.The device for reading in can be designed to read in another signal in addition to the first rotation rate signal. In this case, the first rotation rate signal can represent information provided by the rotation rate sensor about a rotation rate in the longitudinal direction of the rotor blade. The further signal can represent information provided by a rotation rate sensor about a rotation rate in the direction of impact of the rotor blade. In this case, the first rotation rate signal and the further signal can be detected and provided via a biaxial rotation rate sensor. The means for determining the bending angle of the rotor blade of the wind turbine may determine the bending angle using the first yaw rate signal and the further signal to evaluate the load on the rotor blade.

Unter dem ersten Drehratensignal kann ein Drehratensignal in Längsrichtung oder ω_z1 verstanden werden. Unter dem weiteren Signal kann ein Drehratensignal in Schlagrichtung oder ω_x1 verstanden werden. Die Messung der Drehraten in Schlagrichtung ω_x1 und in Längsrichtung ω_z1 kann in einer Ausführungsform über einen zweiachsigen Drehratensensor realisiert werden.The first rotation rate signal can be understood as a rotation rate signal in the longitudinal direction or ω _z1 . The further signal can be understood as a rotation rate signal in the direction of impact or ω _x1 . The measurement of the rotation rates in the direction of impact ω _x1 and in the longitudinal direction ω _z1 can be realized in one embodiment via a two-axis rotation rate sensor.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.

Ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage weist einen an dem Rotorblatt angeordneten Drehratensensor auf. Der Drehratensensor ist mit einer Vorrichtung zur Belastungsbewertung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage verbindbar oder verbunden. Der Drehratensensor kann in der Nähe des freien Endes des Rotorblatts, beispielsweise in einem äußeren Drittel der Länge des Rotorblatts angeordnet sein. Dadurch kann die Durchbiegung des Rotorblatts gut detektiert werden.A rotor blade for a wind turbine has a yaw rate sensor arranged on the rotor blade. The rotation rate sensor can be connected or connected to a device for load evaluation of a rotor blade of a wind power plant. The rotation rate sensor may be arranged in the vicinity of the free end of the rotor blade, for example in an outer third of the length of the rotor blade. As a result, the deflection of the rotor blade can be detected well.

Eine entsprechende Windkraftanlage weist zumindest ein Rotorblatt auf, an dem zumindest ein Drehratensensor angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung zur Belastungsbewertung des Rotorblatts, die mit dem zumindest einen Drehratensensor verbunden ist.A corresponding wind turbine has at least one rotor blade, on which at least one yaw rate sensor is arranged, and a device for load evaluation of the rotor blade, which is connected to the at least one yaw rate sensor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage mit einer Vorrichtung zur Belastungsbewertung eines Rotorblatts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a wind turbine with a device for load evaluation of a rotor blade according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines Rotors mit drei Rotorblättern einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of a rotor with three rotor blades of a wind turbine according to an embodiment of the present invention;

3 eine Darstellung eines Rotorblatts mit zumindest einem Drehratensensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a representation of a rotor blade with at least one rotation rate sensor according to an embodiment of the present invention;

4 eine Darstellung eines Drehratensignals in Längsrichtung mit und ohne Tiefpassfilterung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a representation of a rotation rate signal in the longitudinal direction with and without low-pass filtering according to an embodiment of the present invention;

5 eine Darstellung eines Drehratensignals in Schlagrichtung mit und ohne Tiefpassfilterung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a representation of a rotation rate signal in the direction of impact with and without low-pass filtering according to an embodiment of the present invention;

6 eine Darstellung über die Zeit eines Biegewinkel in Schlagrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 6 a representation over the time of a bending angle in the direction of impact according to an embodiment of the present invention; and

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Belastungsbewertung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7 a flowchart of a method for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage 100 mit einer Vorrichtung 102 zur Belastungsbewertung eines Rotorblatts 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der schematischen Darstellung der Windkraftanlage 100 handelt es sich um eine vereinfachte Darstellung, beispielsweise wurde auf eine Darstellung eines Getriebes verzichtet. Die Windkraftanlage 100 weist einen Turm 106 auf, auf dem eine Gondel 108 angeordnet ist. Weiterhin ist in der Gondel 108 ein Generator 110 angeordnet, der von einer Rotorwelle 112 angetrieben wird. Auf der Rotorwelle 112 ist ein Rotor 114 angeordnet, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest zwei Rotorblätter 104 aufweist. Auf einem der Rotorblätter 104 ist ein erster Drehratensensor 116 angeordnet. Die Vorrichtung 102 ist mit einer Steuerung 118 der Windkraftanlage verbunden. 1 shows a schematic representation of a wind turbine 100 with a device 102 for load evaluation of a rotor blade 104 according to an embodiment of the present invention. In the schematic representation of the wind turbine 100 it is a simplified representation, for example, has been dispensed with a representation of a transmission. The wind turbine 100 has a tower 106 on, on which a gondola 108 is arranged. Continue in the gondola 108 a generator 110 arranged by a rotor shaft 112 is driven. On the rotor shaft 112 is a rotor 114 arranged, in the embodiment shown, at least two rotor blades 104 having. On one of the rotor blades 104 is a first rotation rate sensor 116 arranged. The device 102 is with a controller 118 connected to the wind turbine.

Die Vorrichtung 102 zum Bewerten der Rotorblattbelastung des den ersten Drehratensensor 116 aufweisenden Rotorblatts 104 weist eine Einrichtung zum Einlesen eines ersten Drehratensignals und eine Einrichtung zum Bestimmen des Biegewinkels des Rotorblatts 104 auf. In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die als Schnittstelle ausgebildete Einrichtung zum Einlesen des ersten Drehratensignals ausgebildet, weitere Signale einzulesen. Auch kann die Vorrichtung 102 noch weitere Einrichtungen aufweisen.The device 102 for evaluating the rotor blade loading of the first yaw rate sensor 116 having rotor blade 104 has a device for reading in a first rotation rate signal and a device for determining the bending angle of the rotor blade 104 on. In embodiments not shown, the device designed as an interface for reading in the first rotation rate signal is designed to read in further signals. Also, the device can 102 still have other facilities.

Die Windkraftanlage 100 weist einen Rotor 114 auf, durch dessen Drehung der Generator 110 angetrieben werden kann. Um den Rotor 114 gegenüber einer Windrichtung 120 auszurichten, kann der Rotor 114 um eine vertikale Achse der Windkraftanlage 100 schwenkbar angeordnet sein. Genauer gesagt ist der Rotor 114 an der Gondel 108 befestigt und die Gondel 108 schwenkbar auf dem Turm 106 befestigt. Auf diese Weise wird der Rotor 114 bei einer Schwenkung der Gondel 108 mit der Gondel 108 mit geschwenkt. Durch eine Schwenkung des Rotors 114 um die vertikale Achse kann eine Drehachse 112 des Rotors 114 so in den Wind gestellt werden, dass die Drehachse 112 parallel zur Windrichtung 120 oder zumindest parallel zu einem horizontalen Anteil der Windrichtung 120 ausgerichtet ist. Durch den horizontalen Anteil der Windrichtung 120 kann ein parallel zu einer Schwenkebene des Rotors 114 verlaufender Anteil des Winds verstanden werden.The wind turbine 100 has a rotor 114 on, by the rotation of the generator 110 can be driven. To the rotor 114 opposite a wind direction 120 align, the rotor can 114 around a vertical axis of the wind turbine 100 be arranged pivotally. More precisely, the rotor is 114 at the gondola 108 attached and the gondola 108 swiveling on the tower 106 attached. In this way the rotor becomes 114 with a swing of the gondola 108 with the gondola 108 with a swivel. By a tilt of the rotor 114 around the vertical axis can be a rotation axis 112 of the rotor 114 be so in the wind, that the axis of rotation 112 parallel to the wind direction 120 or at least parallel to a horizontal portion of the wind direction 120 is aligned. Due to the horizontal part of the wind direction 120 can be a parallel to a pivot plane of the rotor 114 running share of the wind are understood.

Vorteilhaft bei der Bestimmung des Biegewinkels unter Verwendung eines Drehratensignals ist, das keine Beschleunigungsmessung erfolgt, da ein im Innenraum positionierter Beschleunigungssensor meist einen Anteil der Erdbeschleunigung misst. Dieser Anteil schwankt, gerade bei der Positionierung des Innertialsensors im Rotor einer Windkraftanlage, durch das ständige Rotieren des Sensorkoordinatensystems, im Bereich ±1 g = ±9,81 m/s². Auch kann bei einem Drehratensignal auf ein integrieren oder zweimaliges Integrieren des gemessenen Signals verzichtet werden.An advantage in the determination of the bending angle using a rotation rate signal is that no acceleration measurement takes place, since an acceleration sensor positioned in the interior usually measures a proportion of the acceleration due to gravity. This proportion fluctuates in the range of ± 1 g = ± 9.81 m / s ² , especially when positioning the internal inertial sensor in the rotor of a wind turbine, due to the constant rotation of the sensor coordinate system. In the case of a rotation rate signal, it is also possible to dispense with integrating or integrating the measured signal twice.

Bei der Messung der Drehrate wird die Erdbeschleunigung nicht gemessen. Jedoch ist die Drehrate als „Winkelgeschwindigkeit [°/s]” das Differenzial der geometrischen Größe „Winkel [°]”. Zur Umrechnung ist nur eine Integration notwendig. Das Signal ist damit direkter. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die geometrische Größe „Biegewinkel [°] in Schlagrichtung”, d. h. die Durchbiegung über die flache und damit weiche Seite des Rotorblattes 104, als Repräsentant der Rotorblattbelastung betrachtet. Die Messung dieser Größe wird über das Signalübersprechen zwischen den verschiedenen Messachsen, also über geometrische Beziehungen bestimmt. Eine Integration ist nicht zwingend notwendig. Der damit verbundene Integrationsfehler kann vermieden werden.When measuring the rate of rotation, the acceleration due to gravity is not measured. However, the rate of rotation as "angular velocity [° / s]" is the differential of geometric size "angle [°]". For conversion only one integration is necessary. The signal is more direct. In the embodiment described here, the geometric variable "bending angle [°] in the direction of impact", ie the deflection over the flat and thus soft side of the rotor blade 104 , considered as a representative of the rotor blade load. The measurement of this variable is determined by the signal crosstalk between the different measurement axes, ie via geometric relationships. Integration is not mandatory. The associated integration error can be avoided.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Rotors 114 mit drei Rotorblättern 104 einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Rotor 114 kann es sich um einen in 1 gezeigten Rotor 114 handeln. Der Rotor 114 weist drei Rotorblätter 104 auf, die mit einer Rotorwelle 112 verbunden sind. An zumindest einem Rotorblatt 104 der drei Rotorblätter 104 ist ein Drehratensensor 116 angeordnet. Der Drehratensensor 116 ist näher an dem der Rotorwelle 112 abgewandten Ende des Rotorblatts 104 angeordnet. Eine Rotation der Rotorblätter 104 um die Rotorwelle 112 beschreibt eine Umlaufebene des Rotorblatts 104. 2 shows a schematic representation of a rotor 114 with three rotor blades 104 a wind turbine according to an embodiment of the present invention. At the rotor 114 can it be an in 1 shown rotor 114 act. The rotor 114 has three rotor blades 104 on that with a rotor shaft 112 are connected. On at least one rotor blade 104 the three rotor blades 104 is a rotation rate sensor 116 arranged. The rotation rate sensor 116 is closer to that of the rotor shaft 112 remote end of the rotor blade 104 arranged. A rotation of the rotor blades 104 around the rotor shaft 112 describes a circulation plane of the rotor blade 104 ,

Auf der Nabe des Rotors ist ein Drehratensensor 200 angeordnet. Der Drehratensensor 200 ist ausgebildet eine Rotordrehzahl ω_x2 = ω_rot zu bestimmen.On the hub of the rotor is a rotation rate sensor 200 arranged. The rotation rate sensor 200 is designed to determine a rotor speed ω _x2 = ω _red .

3 zeigt eine Darstellung eines Rotorblatts 104 mit zumindest einem Drehratensensor 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Rotorblatt 104 kann es sich um ein in 1 oder in 2 beschriebenes Rotorblatt 104 handeln. Ein Ende des Rotorblatts 104 ist mit einer Rotorwelle 112 verbunden. Entlang der Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts 104 erstreckt sich eine Drehachse z1 in Längsrichtung. Somit kann unter der Längsrichtung z1 des Rotorblatts 104 eine Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts 104 verstanden werden. Die Drehachse z1 kann ausgehend von einem in der Nähe des freien Endes des Rotorblatts 104 angeordneten Punktes aufgetragen werden. Bei einem gebogenen Rotorblatt kann die Drehachse z1 auch als eine Tangente verstanden werden. Senkrecht auf dem Rotorblatt 104 steht eine Schlagachse sowie eine Schwenkachse. Das Rotorblatt 104 ist ausgebildet, um sich um die Rotorwelle 112 zu drehen, bzw. zu rotieren. Durch die Rotation des Rotorblatts 104 um die Rotorwelle 112 wird eine Umlaufebene des Rotorblatts 104 beschrieben. Eine Schwenkrichtung y1 verläuft in der Umlaufebene des Rotorblatts. Eine Schlagrichtung x1 steht senkrecht zu der Umlaufebene. In einem Ursprung der Schlagrichtung x1, der Schwenkrichtung y1 sowie der Längsrichtung z1 ist ein Drehratensensor 116 angeordnet. Durch eine Windlast, die auf das Rotorblatt 104 wirkt, kann das Rotorblatt 104 aus einer Ruheposition abgelenkt werden. Das Rotorblatt kann um einen Biegewinkel φB in Schlagrichtung abgelenkt werden. Der Biegewinkel φB in Schlagrichtung ist dabei definiert um eine Ablenkung des Rotorblatts 104 aus einer senkrecht auf der Rotorwelle 112 stehenden Achse bzw. Ebene. So weist die Drehachse in Längsrichtung zu der senkrecht auf der Rotorwelle 112 stehenden Achse einen Biegewinkel φB in Schlagrichtung auf. Entlang der Rotorwelle 112 erstreckt sich eine zweite Achse x2 in Schlagrichtung, wobei die zweite Achse x2 in Schlagrichtung sich parallel zur Rotorwelle 112 erstreckt. 3 shows a representation of a rotor blade 104 with at least one rotation rate sensor 116 according to an embodiment of the present invention. At the rotor blade 104 it can be a in 1 or in 2 described rotor blade 104 act. One end of the rotor blade 104 is with a rotor shaft 112 connected. Along the main extension direction of the rotor blade 104 a rotation axis z1 extends in the longitudinal direction. Thus, under the longitudinal direction z1 of the rotor blade 104 a main extension direction of the rotor blade 104 be understood. The axis of rotation z1 can start from one near the free end of the rotor blade 104 arranged point can be applied. In a bent rotor blade, the rotation axis z1 can also be understood as a tangent. Perpendicular to the rotor blade 104 stands a striking axis and a pivot axis. The rotor blade 104 is designed to wrap around the rotor shaft 112 to rotate, or to rotate. By the rotation of the rotor blade 104 around the rotor shaft 112 becomes a revolving plane of the rotor blade 104 described. A pivoting direction y1 runs in the circumferential plane of the rotor blade. A direction of impact x1 is perpendicular to the orbital plane. In an origin of the direction of impact x1, the pivoting direction y1 and the Longitudinal z1 is a rotation rate sensor 116 arranged. Due to a wind load on the rotor blade 104 acts, the rotor blade can 104 be distracted from a resting position. The rotor blade can be deflected by a bending angle φB in the direction of impact. The bending angle φB in the direction of impact is defined by a deflection of the rotor blade 104 from a perpendicular to the rotor shaft 112 standing axis or plane. Thus, the axis of rotation in the longitudinal direction to the perpendicular to the rotor shaft 112 standing axis a bending angle φB in the direction of impact. Along the rotor shaft 112 extends a second axis x2 in the direction of impact, wherein the second axis x2 in the direction of impact is parallel to the rotor shaft 112 extends.

In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der Rotorwelle 112 ein weiterer Drehratensensor angeordnet, um die Drehrate des Rotors bzw. des Rotorblatts zu bestimmen.In an embodiment not shown is on the rotor shaft 112 another rotation rate sensor arranged to determine the rate of rotation of the rotor or the rotor blade.

Somit zeigt 3 einen mechanischen Aufbau eines Rotorblatts 104. φB kann den Biegewinkel darstellen. y1, z1 können Achsen der Drehratenmessung eines ersten Sensors und x2 die Achse der Drehratenmessung eines zweiten Sensors darstellen.Thus shows 3 a mechanical structure of a rotor blade 104 , φB can represent the bending angle. y1, z1 can represent axes of the rotation rate measurement of a first sensor and x2 the axis of the rotation rate measurement of a second sensor.

Auf das Rotorblatt 104 einer Windenergieanlage wirken durch den anströmenden Wind Widerstands- und Auftriebskräfte. Die aus diesen Kräften resultierende Schubkraft bewirkt eine Biegung des Rotorblattes 104 in Schlagrichtung x1, die sich durch einen Biegewinkel φB an der Sensorposition, insbesondere an der Position des Drehratensensors 116, bemerkbar macht. Da das Rotorblatt 104 als Biegefeder zu betrachten ist, ist dieser Biegewinkel φB proportional zur Kraftwirkung auf das Rotorblatt 104, somit also eine gute Kenngröße zur Belastungsbewertung. Durch die Wetter- und Höhenabhängigkeit der Windgeschwindigkeit sowie durch Turbulenzen schwanken die auf die Windenergieanlage wirkenden Kräfte und erzeugen Schwingungen, die zur Ermüdung des Materials führen. Das Messen des Biegewinkels φB dient nun zur Bewertung, ob die Belastung des Materials im Rahmen der durch die konstruktive Auslegung zugelassenen Lasten liegt. Der Biegewinkel φB kann nun als Regelgröße zur Regelung der Schlagbiegung auf eine vertretbare Sollgröße verwendet werden, somit also die Lebensdauer der Anlage, insbesondere der Rotorblätter 104 verlängern.On the rotor blade 104 a wind energy plant act by the oncoming wind resistance and buoyancy forces. The thrust force resulting from these forces causes a bending of the rotor blade 104 in the direction of impact x1, which is defined by a bending angle φB at the sensor position, in particular at the position of the rotation rate sensor 116 , makes noticeable. Because the rotor blade 104 is to be considered as a bending spring, this bending angle φB is proportional to the force acting on the rotor blade 104 , thus a good parameter for stress assessment. Due to the weather and altitude dependence of the wind speed and turbulence, the forces acting on the wind turbine fluctuate and generate vibrations that lead to fatigue of the material. The measurement of the bending angle φB is now used to assess whether the load on the material is within the limits of the design allowable loads. The bending angle φB can now be used as a control variable for controlling the impact deflection to an acceptable setpoint, thus the life of the system, in particular the rotor blades 104 extend.

Ein Aspekt des dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Messung des Übersprechens der Rotationsdrehrate ωx infolge der Durchbiegung auf die Drehrate entlang der Rotorblattlängsachse ωz. In nachfolgenden 4 bis 6 ist exemplarisch eine Berechnung gezeigt. Es versteht sich, dass hochdynamische Anteile durch entsprechende Filterung wie beispielsweise eine Tiefpassfilterung eliminiert werden können bzw. müssen. Dabei kann es, die Durchbiegung allein aus der Drehrate ωy in y-Richtung (Schwenkrichtung) zu ermitteln, nicht zielführend sein, da im Idealfall für statische Auslenkungen ωy Null ist. Dynamische Vorgänge in Schlagrichtung lassen sich dagegen mit dieser Drehrate recht gut verfolgen. Einflüsse durch Turmschwingungen können durch einen Referenzsensor in der Nabe und Subtraktion der Signale eliminiert werden.One aspect of the illustrated embodiment is the measurement of the crosstalk of the rotational rotation rate ωx due to the deflection on the rotation rate along the rotor blade longitudinal axis ωz. In subsequent 4 to 6 an example calculation is shown. It goes without saying that highly dynamic components can or must be eliminated by appropriate filtering, such as low-pass filtering. In this case, it may not be expedient to determine the deflection solely from the rotation rate ωy in the y direction (pivoting direction), since in the ideal case ωy is zero for static deflections. Dynamic processes in the direction of impact, on the other hand, can be tracked quite well with this rotation rate. Influences of tower vibrations can be eliminated by a reference sensor in the hub and subtraction of the signals.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind verschiedene Varianten bzw. Kombinationen eines Aufbaus des Messsystems denkbar:
In einem einfachen Ausführungsbeispiel besteht das Messsystem aus einem im Rotorblatt 104 positionierten Sensor 116, der ein Drehratensignal in Längs- (zl) und eines in Schlagrichtung (xl) des Blattes ausgibt. Da beide Signale vom Biegewinkel an der Sensorposition abhängig sind, lässt sich dieser berechnen. Das Signal enthält weiterhin die Bewegungen des Turmkopfes.In various embodiments, different variants or combinations of a structure of the measuring system are conceivable:
In a simple embodiment, the measuring system consists of one in the rotor blade 104 positioned sensor 116 which outputs a rotation rate signal in longitudinal (zl) and one in the direction of impact (xl) of the sheet. Since both signals are dependent on the bending angle at the sensor position, this can be calculated. The signal also contains the movements of the tower head.

In einem Ausführungsbeispiel lassen sich durch den Einbau von zwei Sensoren zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bessere Ergebnisse erzielen. Ein erster Drehratensensor ist im Rotorblatt positioniert und misst die Drehrate in Längsrichtung des Rotorblattes (zl) während ein zweiter Sensor in der Nabe untergebracht die Drehzahl des Rotors misst und gegebenenfalls vorhandene Turmkopfbewegungen erfasst. Die Sensorsignale beider Sensoren werden entsprechend gefiltert und korreliert um die Turmkopfbewegungen zu eliminieren. Im Resultat misst der erste Sensor in Abhängigkeit vom Biegewinkel exakt das Übersprechen der Anlagendrehzahl auf z1. Der Biegewinkel ist somit einfach berechenbar.In one embodiment, the incorporation of two sensors to the aforementioned embodiment can achieve better results. A first rotation rate sensor is positioned in the rotor blade and measures the rate of rotation in the longitudinal direction of the rotor blade (zl) while a second sensor housed in the hub measures the speed of the rotor and detects any existing tower head movements. The sensor signals of both sensors are filtered and correlated accordingly to eliminate the tower head movements. As a result, the first sensor measures exactly the crosstalk of the system speed to z1 depending on the bending angle. The bending angle is thus easy to calculate.

Das Signal wird deutlich genauer. In einem Ausführungsbeispiel lässt sich die Dynamik des gemessenen Signals durch die Messung der Drehrate in Schwenkrichtung (yl) im Rotorblatt verbessern. Durch die Integration dieses Signals errechnet sich wiederum der Biegewinkel, der sich nun mit den zuvor erzeugten bzw. gemessenen Signalen abgleichen und plausibilisieren lässt.The signal becomes much more accurate. In one exemplary embodiment, the dynamics of the measured signal can be improved by measuring the rate of rotation in the pivoting direction (y1) in the rotor blade. The integration of this signal in turn calculates the bending angle, which can now be compared with the previously generated or measured signals and made plausible.

Eine Kombination der letztgenannten beiden Ausführungsbeispiele ermöglicht sowohl die Durchbiegung des Rotorblattes als auch Schwingungen (Dynamik) infolge von Turbulenzen, Windscherung, etc. zu erfassen bzw. zu berechnen.A combination of the latter two embodiments allows both the deflection of the rotor blade as well as vibrations (dynamics) as a result of turbulence, wind shear, etc. to detect or calculate.

Im Folgenden wird die Messung der Schlagbiegung am Rotorblatt 104 einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Zur Messung der Schlagbiegung wird zumindest ein Drehratensensor benutzt. Dabei kann eine Berechnung oder Ermittlung durch Übersprechen von ω_rot auf ω_z erfolgen.The following is the measurement of the impact bending on the rotor blade 104 a wind turbine according to an embodiment described. At least one yaw rate sensor is used to measure the impact deflection. It can be a Calculation or determination by crosstalk from ω _red to ω _z done.

Für die Ermittlung des Übersprechens gelten die folgenden Beziehungen. Dabei kann ω_rot die Drehrate um die Rotorachse darstellen. ω_z = sin(φ_B)·ω_rot ω_x = cos(φ_B)·ω_rot For the determination of the crosstalk, the following relationships apply. In this case, ω _{red can represent} the rate of rotation about the rotor axis. ω _z = sin (φ _B ) · ω _red ω _x = cos (φ _B ) · ω _red

Daraus folgt: φ_B = arctan(ω_z/ω_x), und ω_rot = ω_x/cos(φ_B) It follows: φ _B = arctan (ω _z / ω _x ), and ω _red = ω _x / cos (φ _B )

Beispielhaft kann sich daraus φ_B zu –3,35° und ω_rot zu –64,1°/s ergeben. Die negativen Werte für die Winkel entstehen aufgrund der Achsenkonventionen des Sensors. Das Koordinatensystem kann auch gedreht werden, sodass positive Werte entstehen.By way of example, this can result in φ _B to -3.35 ° and ω _red to -64.1 ° / s. The negative values for the angles are due to the sensor's axis conventions. The coordinate system can also be rotated to produce positive values.

Die folgenden drei 4 bis 6 zeigen eine Beispielrechnung beziehungsweise entsprechende Drehratensignale in Längsrichtung (4) und Schlagrichtung (5) und einen aus den Drehratensignalen abgeleiteten Biegewinkel in Schlagrichtung, das heißt eine Schlagbiegung (6).The following three 4 to 6 show an example calculation or corresponding yaw rate signals in the longitudinal direction ( 4 ) and direction of impact ( 5 ) and derived from the rotation rate signals bending angle in the direction of impact, that is, a deflection ( 6 ).

Die Messung der Drehraten ω_x1 und ω_z1 wird in einem Ausführungsbeispiel über einen zweiachsigen Drehratensensor realisiert. Unter dem ersten Drehratensignal kann ein Drehratensignal in Längsrichtung oder ω_z1 verstanden werden. Unter dem weiteren Signal kann ein Drehratensignal in Schlagrichtung oder ω_x1 verstanden werden. Unter dem zweiten Drehratensignal kann ein Drehratensignal in Schwenkrichtung oder ω_rot verstanden werden.The measurement of the rotation rates ω _x1 and ω _z1 is realized in one embodiment via a two-axis rotation rate sensor. The first rotation rate signal can be understood as a rotation rate signal in the longitudinal direction or ω _z1 . The further signal can be understood as a rotation rate signal in the direction of impact or ω _x1 . The second rotation rate signal can be understood to mean a rotation rate signal in the pivot direction or ω _red .

4 zeigt eine Darstellung eines Drehratensignals 422, 424 in Längsrichtung mit und ohne Tiefpassfilterung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem ersten Drehratensignal 422 und dem vorverarbeiteten ersten Drehratensignal 424 in Längsrichtung kann es sich um von dem in den 1 bis 3 beschriebenen Drehratensensor 116 erfasste Drehratensignale handeln. Das vorverarbeitete erste Drehratensignal 424 repräsentiert ein mit einem Tiefpassfilter vorverarbeitetes erstes Drehratensignal 422. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz von 0,25 Hz auf. Das erste Drehratensignal 422 sowie das vorverarbeitete erste Drehratensignal 424 sind in einem kartesischen Koordinatensystem eingetragen. Auf der Abszisse ist eine Zeit in Sekunden dargestellt. Der dargestellte Zeitabschnitt erstreckt sich über einen Zeitraum von 2000 s bis 2010 s. Auf der Ordinate ist eine Drehrate ωz um eine Längsachse in Grad pro Sekunde dargestellt. Der dargestellte Achsenabschnitt der Ordinate zeigt einen Bereich von 2°/s bis 6°/s. 4 shows a representation of a rotation rate signal 422 . 424 in the longitudinal direction with and without low-pass filtering according to an embodiment of the present invention. At the first rotation rate signal 422 and the preprocessed first yaw rate signal 424 in the longitudinal direction it can be of the in the 1 to 3 described rotation rate sensor 116 act recorded rotation rate signals. The preprocessed first rotation rate signal 424 represents a pre-processed with a low-pass filter first rotation rate signal 422 , In the in 4 In the embodiment shown, the low-pass filter has a cut-off frequency of 0.25 Hz. The first rotation rate signal 422 as well as the preprocessed first rotation rate signal 424 are registered in a Cartesian coordinate system. The abscissa shows a time in seconds. The time period shown covers a period of 2000 s to 2010 s. The ordinate shows a rotation rate ωz about a longitudinal axis in degrees per second. The illustrated axis section of the ordinate shows a range of 2 ° / s to 6 ° / s.

5 zeigt eine Darstellung eines Drehratensignals 526 in Schlagrichtung mit und ohne Tiefpassfilterung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Drehratensignal 526 in Schlagrichtung kann auch als ein weiteres Signal 526 verstanden werden, wobei das weitere Signal 526 eine Information über eine Drehrate in Schlagrichtung des Rotorblatts repräsentiert. Bei dem Drehratensignal 526 und dem in Schlagrichtung kann es sich um ein von dem in den 1 bis 3 beschriebenen Drehratensensor 116 erfasste Drehratensignale handeln. 5 shows a representation of a rotation rate signal 526 in the direction of impact with and without low-pass filtering according to an embodiment of the present invention. The rotation rate signal 526 in the direction of impact can also as another signal 526 be understood, with the further signal 526 represents information about a rate of rotation in the direction of impact of the rotor blade. At the rotation rate signal 526 and that in the direction of impact may be one of the in the 1 to 3 described rotation rate sensor 116 act recorded rotation rate signals.

Das nicht mit einem Bezugszeichen versehene vorverarbeitete Drehratensignal, basierend auf dem Drehratensignal 526, repräsentiert ein mit einem Tiefpassfilter vorverarbeitetes Drehratensignal. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz von 2 Hz auf. Das Drehratensignal 526 sowie das vorverarbeitete Drehratensignal sind in einem kartesischen Koordinatensystem eingetragen. Auf der Abszisse ist eine Zeit in Sekunden dargestellt. Der dargestellte Zeitabschnitt erstreckt sich über einen Zeitraum von 2000 s bis 2010 s. Auf der Ordinate ist eine Drehrate ωx um eine Schlagachse in Grad pro Sekunde dargestellt. Der dargestellte Achsenabschnitt der Ordinate zeigt einen Bereich von –65°/s bis –63°/s.The un-referenced preprocessed yaw rate signal based on the yaw rate signal 526 , represents a pre-processed with a low-pass filter rotation rate signal. In the in 4 In the embodiment shown, the low-pass filter has a cut-off frequency of 2 Hz. The rotation rate signal 526 and the preprocessed yaw rate signal are entered in a Cartesian coordinate system. The abscissa shows a time in seconds. The time period shown covers a period of 2000 s to 2010 s. The ordinate shows a rate of rotation ωx around a striking axis in degrees per second. The illustrated axis section of the ordinate shows a range of -65 ° / s to -63 ° / s.

6 zeigt eine Darstellung über die Zeit eines Biegewinkel 628 in Schlagrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Darstellung des Biegewinkels über die Zeit kann es sich um den in 3 beschriebenen Biegewinkel φB handeln. In einem kartesischen Koordinatensystem ist auf der Abszisse eine Zeit in Sekunden dargestellt. Der dargestellte Zeitabschnitt erstreckt sich über einen Zeitraum von 2000 s bis 2010 s. Auf der Ordinate ist der Biegewinkel φB in Grad dargestellt. Der dargestellte Achsenabschnitt der Ordinate zeigt einen Bereich von –3,2° bis –3,55°. 6 shows a representation over the time of a bending angle 628 in the direction of impact according to an embodiment of the present invention. In the representation of the bending angle over time, it may be the in 3 described bending angle φB act. In a Cartesian coordinate system, a time in seconds is shown on the abscissa. The time period shown covers a period of 2000 s to 2010 s. The ordinate shows the bending angle φB in degrees. The illustrated axis portion of the ordinate shows a range of -3.2 ° to -3.55 °.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zur Belastungsbewertung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem zu bewertenden Rotorblatt kann es sich um ein in 1 bis 3 beschriebenes Rotorblatt 104 einer Windkraftanlage handeln. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Windkraftanlage 100 ist in 1 gezeigt. Das Verfahren 700 zur Belastungsbewertung weist einen Schritt 710 des Einlesens eines ersten Drehratensignals sowie einen Schritt 720 des Bestimmens Biegewinkel des Rotorblatts ist der Windkraftanlage unter Verwendung des ersten Drehratensignals auf. Das erste Drehratensignal repräsentiert eine von einem Drehratensensor auf einem Rotorblatt bereitgestellte Information über ein Drehratensignal in Längsrichtung des Rotorblatts. Der Biegewinkel des Rotorblatts wird im Schritt 720 des Bestimmens bestimmt, um die Belastung des Rotorblatts zu bewerten. 7 shows a flowchart of a method 700 for load evaluation of a rotor blade of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. The rotor blade to be evaluated may be an in 1 to 3 described rotor blade 104 a wind turbine act. A corresponding embodiment of a wind turbine 100 is in 1 shown. The procedure 700 for stress assessment has a step 710 the reading of a first rotation rate signal and a step 720 Determining the bending angle of the rotor blade is the wind turbine using the first Yaw rate signal on. The first rotation rate signal represents information provided by a rotation rate sensor on a rotor blade about a rotation rate signal in the longitudinal direction of the rotor blade. The bending angle of the rotor blade is in step 720 determining to evaluate the load of the rotor blade.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 710 des Einlesens ein weiteres Signal eingelesen und im Schritt des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des weiteren Signals bestimmt. Dabei repräsentiert das weitere Signal eine Information über eine Drehrate in Schlagrichtung des Rotorblatts.In one embodiment, in step 710 read in another signal and further determined in the step of determining the bending angle using the further signal. In this case, the further signal represents information about a rotation rate in the direction of impact of the rotor blade.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 710 des Einlesens ein zusätzliches Signal eingelesen und im Schritt des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des zusätzlichen Signals bestimmt. Dabei repräsentiert das zusätzliche Signal eine Information über eine Drehzahl des Rotorblatts.In one embodiment, in step 710 read in an additional signal and, in the step of determining the bending angle, further determined using the additional signal. In this case, the additional signal represents information about a rotational speed of the rotor blade.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 700 einen optionalen Schritt 730 des Vorverarbeitens auf. Der Schritt 730 des Vorverarbeitens wird nach dem Schritt 710 des Einlesens und vor dem Schritt 720 des Bestimmens ausgeführt. Im Schritt 730 des Vorverarbeitens wird durch Korrelation und ergänzend oder alternativ durch Filtern ein Signalanteil einer Turmkopfbewegung aus dem im Schritt 710 des Einlesens eingelesen Signalen besondere dem ersten Drehratensignal und gleichzeitig oder alternativ dem weiteren Signal oder dem zusätzlichen Signal eliminiert.In one embodiment, the method 700 an optional step 730 of preprocessing. The step 730 the pre-processing becomes after the step 710 reading in and before the step 720 of determining. In step 730 the pre-processing is by correlation and additionally or alternatively by filtering a signal portion of a tower head movement from that in step 710 read in the signals read in particular the first rotation rate signal and simultaneously or alternatively the other signal or the additional signal eliminated.

In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 710 des Einlesens ein zweites Drehratensignal eingelesen. Das zweite Drehratensignal repräsentiert eine Drehratensignal in Schwenkrichtung des Rotorblatts. Unter Verwendung des zweiten Drehratensignals kann in einem Ausführungsbeispiel im Schritt 720 des Bestimmens der Biegewinkel ferner unter Verwendung des zweiten Drehratensignals bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 700 einen optionalen Schritt 740 des Validierens auf. Der Schritt 740 des Validierens kann nach dem Schritt 120 des Bestimmens ausgeführt werden. Im Schritt 740 des Validierens kann der Biegewinkel unter Verwendung des zweiten Drehratensignals validiert werden.In one embodiment, in step 710 reading a second rotation rate signal read. The second rotation rate signal represents a rotation rate signal in the pivoting direction of the rotor blade. In one embodiment, using the second rotation rate signal in step 720 determining the bend angles are further determined using the second rotation rate signal. In one embodiment, the method 700 an optional step 740 validation. The step 740 validation can be done after the step 120 of determining. In step 740 the validation, the bending angle can be validated using the second rotation rate signal.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: WindkraftanlageWind turbine
102102: Vorrichtungcontraption
104104: Rotorblattrotor blade
106106: Turmtower
108108: Gondelgondola
110110: Generatorgenerator
112112: Rotorwellerotor shaft
114114: Rotorrotor
116116: DrehratensensorYaw rate sensor
118118: Steuerungcontrol
120120: Windrichtungwind direction
200200: DrehratensensorYaw rate sensor
422422: erstes Drehratensignalfirst rotation rate signal
424424: vorverarbeitetes erstes Drehratensignalpreprocessed first rotation rate signal
526526: Drehratensignal in SchlagrichtungRotation rate signal in the direction of impact
628628: Biegewinkel über die ZeitBending angle over time
700700: Verfahrenmethod
710710: Schritt des EinlesensStep of reading in
720720: Schritt des BestimmensStep of determining
730730: Schritt des VorverarbeitensStep of pre-processing
740740: Schritt des ValidierensStep of validating
φB.phi.B: Biegewinkelbending angle
ωx.omega..sub.x: Drehrate in SchlagrichtungRate of turn in direction of impact
ωy.omega.y: Drehrate in SchwenkrichtungRate of rotation in swivel direction
ωy.omega.y: Drehrate in LängsrichtungRotation rate in the longitudinal direction
x1, x2x1, x2: Schlagrichtungimpact direction
y1y1: Schwenkrichtungpan direction
z1z1: Längsrichtunglongitudinal direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010032120 A1 [0004]

Claims

Procedure ( 700 ) for the load evaluation of a rotor blade ( 104 ) of a wind turbine ( 100 ), wherein in the rotor blade ( 104 ) a rotation rate sensor ( 116 ), the method ( 700 ) has the following steps: reading in ( 710 ) of a first rotation rate signal ( 422 ), wherein the first rotation rate signal ( 422 ) one of the rotation rate sensor ( 116 ) provided information about a rotation rate in the longitudinal direction (z1) of the rotor blade ( 104 represents; and determining ( 720 ) of the bending angle (φB) of the rotor blade ( 104 ) of the wind turbine ( 104 ) using the first rotation rate signal ( 422 ) to reduce the load on the rotor blade ( 104 ) to rate.

Procedure ( 700 ) according to claim 1, wherein in step ( 710 ) of reading in another signal ( 526 ), which contains information about a rate of rotation in the direction of impact (x1) of the rotor blade ( 104 ) and in step ( 720 ) of determining the bending angles (φB) further using the further signal ( 526 ) is determined.

Procedure ( 700 ) according to any one of the preceding claims, wherein in step ( 710 ) of the reading an additional signal is read in, which provides information about a rotational speed of the rotor blade ( 104 ) and in step ( 720 ) of determining the bending angles (φB) is further determined using the additional signal.

Procedure ( 700 ) according to one of the preceding claims, with a step ( 730 ) of preprocessing, before the step ( 720 ) of determining, wherein in step ( 730 ) of the preprocessing a signal component of a tower head movement by correlation and / or filtering at least the first rotation rate signal ( 422 ) from the first rotation rate signal ( 422 ) is eliminated.

Procedure ( 700 ) according to any one of the preceding claims, wherein in step ( 710 ) of the reading a second rotation rate signal is read, the information about a rotation rate in the pivoting direction (y1) of the rotor blade ( 104 ) and in step ( 720 ) of determining the bending angle (φB) is further determined using the second rotation rate signal and / or in one step ( 740 ) validating after step ( 720 ) of determining, the bend angle (φB) is validated using the second rotation rate signal.

Contraption ( 102 ) for evaluating a load of a rotor blade ( 104 ) of a wind turbine ( 100 ), wherein in the rotor blade ( 104 ) a rotation rate sensor ( 116 ), and wherein the device ( 102 ) comprises the following features: means for reading in a first yaw rate signal ( 422 ), wherein the first rotation rate signal ( 422 ) one of the rotation rate sensor ( 116 ) provided information about a rotation rate in the longitudinal direction (z1) of the rotor blade ( 104 represents; and means for determining the bending angle (φB) of the rotor blade ( 104 ) of the wind turbine ( 100 ) using the first rotation rate signal ( 422 ) to reduce the load on the rotor blade ( 104 ) to rate.

Computer program product with program code for performing a method ( 700 ) according to one of claims 1 to 5, when the program is stored on a device ( 116 ) according to claim 6 for evaluating a load of a rotor blade ( 104 ) of a wind turbine ( 100 ) is performed.

Rotor blade ( 104 ) with a rotation rate sensor ( 116 ) for a wind turbine ( 100 ), wherein the rotation rate sensor ( 116 ) with a device ( 102 ) for evaluating a load of a rotor blade ( 104 ) of a wind turbine ( 100 ) is connectable and / or connected.

Rotor blade ( 104 ) according to claim 8, wherein the rotation rate sensor ( 116 ) near the free end of the rotor blade ( 104 ) is arranged.

Wind turbine ( 100 ) with at least one rotor blade ( 104 ) according to one of claims 8 or 9 and a device ( 102 ) for evaluating a load of the rotor blade ( 104 ) according to claim 6.